2021高考化学（全国版）一轮复习考点考法精练：专题二十四物质结构与性质 Word版含解析

- 1 - 专题二十四　物质结构与性质 考点 1 原子结构与元素的性质 1.(1)[2020 安徽合肥调研检测,4 分]基态铝原子核外电子排布式为　　　　　　　　　;铜元素在周期表中的位置 是　　　　　　　　　。 (2)[2020 湖南四校摸底调研联考,2 分]基态 As 原子核外电子排布式为[Ar]　　　　　　　　,下列状态的铝中,电离最外层 的一个电子所需能量最小的是　　　　(填标号)。 (3)[2020 甘肃重点中学第一次联考,4 分]①在现代化学中,常利用　　　　　　　　上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。 ②钴元素基态原子的电子排布式为　　　　,3d 能级上未成对的电子数为　　　　。Co 与 Ca 同周期且最外层电子数相同, 单质钴的熔、沸点均比钙的高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 2.(1)[2019 湖北模拟,4 分]基态镍原子的价电子排布式为　　　　,能量最高的电子所占能级的原子轨道有　　　　 个伸展方向。 (2)[2019 湖南雅礼中学二模,2 分]下列氮原子的电子排布图表示的状态中,能量由低到高的顺序是　　　　(填字母)。 (3)[2019 河北衡水中学二调,4 分]钪(Sc)为 21 号元素,其基态原子 M 能层电子数为　　　　;基态镝(Dy)原子的核外电子排 布式为[Xe]4f106s2,一个基态镝原子所含的未成对电子数为　　　　。 (4)[2019 广东惠州模拟,2 分]铜或铜盐的焰色反应为绿色,该光谱是　　　　(填“吸收光谱”或“发射光谱”)。 3.(1)[2019 山东济宁二模,3 分]镓原子失去电子的逐级电离能(单位:kJ·mol-1)的数值依次为 577、1 980、2 962、6 180,由 此可推知镓元素的主要化合价为　　　　和+3,砷的电负性比镓　　　　(填“大”或“小”)。 (2)[2019 江西南昌模拟,4 分]已知高温下可发生反应 CuO Cu2O+O2↑,从铜原子价层电子结构变化角度来看,能生成 Cu2O 的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。比较铁与锰的第三电离能(I3):铁　　　　(填“>”“=”或“”或“第二电离能>第一电离能,失去电子所需能量:基态>激发态,可知 D 所需的能量最低。 (3)①不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,通过光谱仪可摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱,总称原 子光谱。②Co 为 27 号元素,其原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d74s2 或[Ar]3d74s2;d 能级有 5 个原子轨道,故 3d 能 级上有 2 对成对电子和 3 个未成对电子。 2.(1)3d84s2(2 分)　5(2 分)　(2)ACr(2 分)　(3)平面三角形(1 分)　sp 3(1 分)　(4)直线形(1 分)　N 2O (答案合理即可)(1 分)　 (5)O、Cl(2 分)　6(1 分)　(6)ac(2 分)　(7)3 96 휌푁A×1010(2 分) 【解析】　(1)Cr 是 24 号元素,其基态原子的价电子排布式为 3d54s1。(2)金属元素的第一电离能较非金属元素小,同周期主 族元素,从左往右第一电离能整体呈增大的趋势,同主族元素,从上到下第一电离能逐渐减小,由于 N 原子的 2p 能级处于半充 满的稳定状态,第一电离能较大,故 O、N、S、Cr 的第一电离能由大到小的顺序为 N>O>S>Cr。(3)SO 2 分子中 S 原子的孤 电子对数= 6 - 2 × 2 2 =1,价层电子对数=2+1=3,故其 VSEPR 模型的名称为平面三角形;S O2-3 的中心原子 S 的孤电子对数= 6 + 2 - 2 × 3 2 =1,价层电子对数=3+1=4,故中心原子的杂化方式为 sp3。(4)CO2 的结构式为 ,CO2 分子立体构型的名 称为直线形;原子总数相同,价电子总数也相同的粒子互为等电子体,与 CO 2 分子互为等电子体的分子有 N2O、CS2 等。 (5)[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O 中提供孤电子对的原子为 O 和 Cl,配位数为 6。(6)NH3 分子与 H+结合生成 NH+4 ,微粒的电子数不变, 均为 10,N 原子的价层电子对数不变,均是 4,故 N 原子的杂化方式不变,N 原子的孤电子对数由 1 变为 0,则微粒的空间构型 由三角锥形变为正四面体形, 的键角减小。(7)晶胞中碳原子数目=4+8× 1 8+6× 1 2=8,设晶胞棱长为 apm,则 8× 12 푁A g=ρg·cm-3×(a×10-10cm)3,解得 a=3 96 휌푁A×1010。 2.(除标明外,每空 1 分)(1)6s26p2　(2)范德华力　四卤化硅 SiX4 均为分子晶体,范德华力随相对分子质量的增大而增大(2 分)　 (3)sp2　sp3　N　(4)平面三角形　SO3(其他合理答案也可)　(5)PbTiO3(2 分)　 2 2 a(2 分)　12(2 分) 【解析】　(1)同主族元素的价电子排布式相同,因 Pb 位于第六周期,且与 C 同主族,故其价电子排布式为 6s26p2。(2)碳纳米 管的结构类似于石墨晶体,故层与层之间为范德华力。SiX4 结构相似,且均为分子晶体,故其熔沸点随着相对分子质量的增大 而增大。(3)EDTA 中,亚甲基碳原子为 sp3 杂化,羧基碳原子为 sp2 杂化。组成 EDTA 的四种元素是 H、C、N、O,同周期主 族元素从左到右,第一电离能整体呈增大趋势,但第ⅡA、ⅤA 族元素因 s 轨道、p 轨道电子分别处于全充满、半充满的稳定状 态,故第一电离能比同周期的相邻元素大,故四种元素中 N 的第一电离能最大。(4)Pb(NO3)2 中阴离子是 NO-3,其中 N 原子周围 只有 3 对成键电子,故 NO-3的立体构型为平面三角形,具有类似平面三角形结构的分子有 SO3、SeO3 等。(5)由均摊法可知,该 晶胞中有 1 个 Pb、1 个 Ti、3 个 O,故其化学式为 PbTiO3。由晶胞结构可知,Pb 与 O 的最短距离为面对角线长度的一半,即 为 2 2 anm。由晶胞结构可知,与顶角 Pb 紧邻的是三个面心上的 O,因每个 O 被两个晶胞所共有,故与 Pb 紧邻的 O 的个数为 3×8× 1 2=12。- 12 - 3.(除标明外,每空 1 分)(1)第四周期第ⅤB 族　球形　(2)Mn　(3)①NO +(合理即可)　②C 的电负性小于 O,对孤电子对吸引 能力弱,给出电子对更容易(2 分)　(4)①C (2 分)　②分子晶体(2 分)　(5)①两者均为离子晶体,Cl -半径小于 Br-半径,VCl2 的 晶格能大于 VBr2,故 VCl2 的熔点高于 VBr2(2 分)　② 8 3π(2푟3 - + 푟3 +) 9푎2푐 ×100%(3 分) 【解析】　(1)钒是 23 号元素,处于周期表中第四周期第ⅤB 族,价电子排布式为 3d34s2,电子占据的最高能级为 4s,其电子云 轮廓图为球形。(2)Fe、Ti、Mn、Zn、V 的价电子排布式分别为 3d64s2、3d24s2、3d54s2、3d104s2、3d34s2,核外单电子数 分别为 4、2、5、0、3,故基态原子核外单电子数最多的是 Mn。(3)①等电子体具有相同的原子数和价电子数,与 CO 互为等 电子体的有 NO+、C2-2 等。②由于 C 的电负性小于 O,吸引孤电子对能力弱,更容易给出电子对,故 CO 作配体时,配位原子是 C 而 不 是 O 。 (4)① 由 题 目 信 息 可 知 [V(H2O)6]2+ 中 V 最 外 层 电 子 数 为 5-2+6×2=15,[V(CN)6]4-中 V 最 外 层 电 子 数 为 5+4+6×2=21,[V(CO)6]-中 V 最外层电子数为 5+1+6×2=18,[V(O2)4]3-中 V 最外层电子数为 5+3+4×2=16,故本题答案为 C。② 该化合物熔点较低,属于分子晶体。(5)①两者均为离子晶体,Cl-半径小于 Br-半径,VCl2 的晶格能大于 VBr2,故 VCl2 的熔点高于 VBr2。②由晶胞结构图可知,该晶胞中大球数目为 2,小球数目为 1,故大球为阴离子、小球为阳离子,晶胞中原子总体积= 4 3π(2 푟3- +푟3+),则该晶体的空间利用率=[ 4 3π(2푟3- +푟3+)÷( 3 2 a2×c)]×100%= 8 3π(2푟3 - + 푟3 +) 9푎2푐 ×100%。 4.(1)N(1 分)　d(1 分)　(2)>(1 分)　O>N>H(1 分)　(3)sp 3(1 分)　H 3O+(其他合理答案也可)(1 分)　(4)离子晶体(1 分)　 Mg2+的半径小于 Ca2+,MgO 的晶格能大于 CaO(2 分)　(5)①6(1 分)　②( 1 2,0, 1 2)(2 分)　③ 　 2 2 ×3 213 푑푁A×1010(3 分) 【解析】　(1)基态 Fe 原子核外电子占据的最高能层的符号为 N;Ni 位于周期表中的 d 区。(2)同一周期主族元素第一电离能 随着原子序数的增大而整体呈增大的趋势,但第ⅡA 族、第ⅤA 族元素的第一电离能大于其相邻元素,Mg、Al 位于同一周期,且 Mg、Al 分别位于第ⅡA 族、第ⅢA 族,所以第一电离能 Mg>Al。电负性 O>N>H。(3)NH3 分子中 N 原子价层电子对个数=3+ 5 - 3 × 1 2 =4,N 原子的杂化方式为 sp3;与 NH3 互为等电子体的粒子有 PH3、H3O+等。(4)MgO、CaO 都是离子晶体;离子晶体的 熔沸点与晶格能有关,离子所带电荷数越大,离子半径越小,晶格能越大,对应物质的熔沸点越高,Ca 2+的半径大于 Mg2+,MgO 的晶格能大于 CaO,则 MgO 的熔点高于 CaO。(5)①由题图可知,与 C 原子紧邻的 Ni 原子有 6 个。②c 原子的坐标参数为 ( 1 2,0, 1 2)。③设晶胞中 Ni 原子、Mg 原子之间的最短距离为 apm,则晶胞棱长为 2apm,晶胞体积=( 2a×10-10)3cm3,该晶胞中 Mg 原子个数=8× 1 8=1、Ni 原子个数=6× 1 2=3、C 原子个数是 1,晶体的密度 dg·cm-3= 213 푁A ( 2푎 × 10-10)3g·cm-3,所以 a= 2 2 ×3 213 푑푁A ×1010。 5.(除标明外,每空 2 分)(1)Mg(1 分)　 (1 分)　(2)平面三角形(1 分)　(3)①分子(1 分)　sp 3(1 分)　②极性共 价键、配位键　(4)Al3+比 Mg2+电荷多,半径小　(5)① 4　②(1, 1 2, 1 2)　③ 2 2 ×3 (65 + 32) × 4 푁A × 휌 ×1010 【解析】　由 A、D 同主族且有两种常见化合物 DA2 和 DA3,可推出 A 为 O,D 为 S;由工业上电解熔融 C2A3 制取单质 C,可推 出 C 为 Al;B、E 均除最外层只有 2 个电子外,其余各层全充满,E 位于元素周期表的 ds 区,且 A、B、C、D、E 五种元素原子 序数依次增大,可推出 B 为 Mg,E 为 Zn。(1)同周期主族元素第一电离能从左到右整体呈增大趋势,但第ⅡA 族、ⅤA 族元素的 第一电离能大于其相邻元素的第一电离能,故 Mg、Al 中第一电离能较大的是 Mg。基态 S 原子价电子排布图为 。(2)SO2 分子的 VSEPR 模型是平面三角形。(3)①Al2Cl6 在加热时易升华,说明其熔沸点比较低,属于分子晶 体;结合 Al2Cl6 的球棍模型可得 Al 原子与 Cl 原子形成 4 个共价键,其杂化轨道类型为 sp3 杂化。②[Al(OH)4]-中存在的化学键 有极性共价键、配位键。(4)由于 Al3+比 Mg2+电荷多,半径小,所以 AlF3 的晶格能比 MgF2 的晶格能大得多。(5)①在该晶胞中,1 个 Zn 原子与 4 个 S 原子相连,其配位数为 4。②根据晶胞结构可知 d 原子的坐标参数为(1, 1 2, 1 2)。③该晶胞中 S 和 Zn 的个数 均是 4,且该晶体的密度为 ρg·cm-3,则晶胞边长 a=3 (65 + 32) × 4 푁A × 휌 ×1010pm,两个 S 原子之间的最短距离为面对角线长度的一 半,即为 2 2 × 3 (65 + 32) × 4 N퐴 × ρ × 1010pm。 1.(1)光谱仪(1 分)　(2)分子(1 分)　正四面体形(1 分) (3)① (1 分)　②CO(1 分)　 ③N>C>Fe>K(1 分)　④DE(1 分)　(4)Π65(2 分)　sp2(2 分)　(5)10(1 分)　 (6)12(1 分)　 56 × 6 + 14 × 2 3 3 2 푎2푐푁A (2 分)- 13 - 【解析】　(1)可以用光谱仪摄取铁元素的原子光谱。(2)FeCl3 的熔沸点不高,属于分子晶体,根据 VSEPR 模型,可判断 SO2-4 的立体构型是正四面体形。(3)①N 为 7 号元素,基态 N 原子的轨道表达式为 。②铁氰化钾中的配体为 CN-,与 CN-互为等电子体的极性分子的化学式为 CO。③铁氰化钾中,所涉及的元素的第一电离能由大到小的顺序为 N>C>Fe>K。④铁氰化钾中,钾离子和铁氰根离子间是离子键,C 和 N 之间存在 σ 键和 π 键,不存在氢键和金属键,故本题选 DE。(4) 中的大 π 键存在于 5 个 C 原子之间,共有 6 个电子参与形成大 π 键,故表示为Π65,其中 C 原子的杂化方式为 sp2。(5)羰基铁中,碳原子和铁原子之间、氧原子和碳原子之间均存在配位键,故 1molFe(CO)5 分子中含 10mol 配位键。(6)可 以根据图示正六棱柱,想象两个六棱柱上下摞在一起,结合 Fe 构成正四面体知,距离重叠面面心的铁原子最近的铁原子有重 叠面顶点的 6 个铁原子和分别处于上、下两个六棱柱中的 3 个铁原子,共 12 个。该结构中铁原子数为 3+2× 1 2+12× 1 6=6,氮原 子数为 2,则该磁性氮化铁的晶体密度 ρ= 푚 푉= 56 × 6 + 14 × 2 푁A 3 3 2 푎2푐 g·cm-3= 56 × 6 + 14 × 2 3 3 2 푎2푐푁A g·cm-3。 2.(1)[Ar]3d74s2(或 1s 22s22p63s23p63d74s2)(1 分)　(2)碳(1 分)　8 NA(1 分)　CN -(或 C2-2 )(1 分)　(3)正四面体形(1 分)　 sp3(1 分)　Zn(1 分)　Zn 的核外电子排布为全充满稳定结构,较难失去电子(2 分)　(4)4(2 分)　 4 × 64 + 4 × 56 + 8 × 32 푎푏푐푁A × 10-21 (2 分)　 ( 1 2, 1 2, 1 2)(2 分) 【解析】　(1)Co 是 27 号元素,位于第四周期第Ⅷ族,其基态原子的电子排布式为[Ar]3d74s2 或 1s22s22p63s23p63d74s2。(2) 配合物 Ni(CO)4 中提供孤电子对的成键原子是碳原子,配合物 Ni(CO)4 中 Ni 原子和 C 原子之间有 4 个 σ 键,CO 中 C 和 O 之间也存在 1 个 σ 键,故 1molNi(CO)4 中含有 8NA 个 σ 键;CO 分子中含有 2 个原子,价电子数是 10,根据等电子体的定义可 知,与 CO 互为等电子体的阴离子有 CN-、C2-2 。(3)BH-4的中心原子 B 原子的价层电子对数为 4,没有孤电子对,所以其空间构 型为正四面体形,B 原子的杂化方式为 sp3 杂化;与钛同周期的第ⅡB 族元素是 Zn、第ⅢA 族元素是 Ga,其电子排布式分别为 [Ar]3d104s2 和[Ar]3d104s24p1,Zn 的核外电子排布为全充满稳定结构,较难失去电子,故其第一电离能较大。(4)由题图中 1 号 Cu 原子可知每个 Cu 原子与 4 个 S 原子相连;该晶胞中含 Cu 原子数为 8× 1 8+4× 1 2+1=4,Fe 原子数为 6× 1 2+4× 1 4=4,S 原子数为 8,所以其密度 ρ= 푚 푉= 4 × 64 + 4 × 56 + 8 × 32 푎푏푐푁A × 10-21 g·cm-3。结合图示和原子 2、3 的坐标可知,原子 1 的坐标为( 1 2, 1 2, 1 2)。 3.(除标明外,每空 2 分)(1)[Ar]3d 24s2(或 1s22s22p63s23p63d24s2)　3　(2)①CH 3CH3(1 分)　N>O>C　共价键、配位键　 ②PbCH3NH3Br3　12　③ 푀 (푎 × 10-7)3푁A 【解析】　(1)Ti 是 22 号元素,处于第四周期ⅣB 族,电子排布式为 1s 22s22p63s23p63d24s2 或[Ar]3d24s2,同周期基态原子与 其未成对电子数相同的价电子排布式为 3d84s2、4s24p2、4s24p4,为 Ni、Ge、Se3 种元素。(2)①与 CH3NH+3 互为等电子体 的一种分子为 CH3CH3;同周期主族元素,第一电离能从左至右整体呈增大趋势,但 N 的 2p 能级为半充满的稳定状态,失去第 一个电子需要的能量更高,故第一电离能比其相邻元素的大,故第一电离能 N>O>C;CH3NH+3 中含有的化学键类型有共价键 和配位键。②晶胞中,CH3NH+3 数目为 8× 1 8=1,Pb2+数目为 1,Br-数目=6× 1 2=3;化学式为 PbCH3NH3Br3;CH3NH+3 位于顶角,Br-位 于面心,距离 CH3NH+3 最近且距离相等的 Br-数目为 12。③晶胞质量= 푀 푁Ag;晶体密度= 푀 (푎 × 10-7)3푁A g·cm-3。 4.(除标明外,每空 2 分)(1)[Ne]3s23p3(或 1s22s22p63s23p3)　3(1 分)　(2)三角锥形　sp 3(1 分)　(3)NH3(1 分)　NH3 与水分 子之间易形成氢键　(4)abd　(5)InAs　 760 푎3푁A g·cm-3 【解析】　(1)基态磷原子核外有 15 个电子,其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p3 或[Ne]3s23p3。基态 As 原子的核外电子 排布式为[Ar]3d104s24p3,4p 能级有 3 个轨道,按照洪特规则,3 个电子填充在不同的轨道且自旋方向相同,故 3 个电子均为未 成对电子。(2)PH3 分子中中心原子 P 的孤电子对数为 5 - 1 × 3 2 =1,因此 PH3 分子空间构型为三角锥形。AsO3-3 中中心原子 As 的孤电子对数为 5 + 3 - 3 × 2 2 =1,价层电子对数为 3+1=4,故 As 的杂化类型为 sp3。(3)NH3 与水分子之间易形成氢键,而 AsH3 与 水分子之间不能形成氢键,因此 NH3 在水中的溶解度大于 AsH3 在水中的溶解度。(4)In 与 Cl、2 个带标号 N 原子之间形成的 都是共价键,In 与 2 个不带标号 N 原子之间形成配位键,苯环中含有 σ 键、π 键, 键中含有 σ 键、π 键。(5)题图 2 晶 胞中,As 位于晶胞体内,个数为 4,In 位于顶角和面心,个数为 8× 1 8+6× 1 2=4,砷化铟晶体化学式为 InAs,密度为 75 × 4 + 115 × 4 푁A g÷(acm)3= 760 푁A푎3g·cm-3。 5.(1)e(2 分)　(2)四面体形(1 分)　三角锥形(1 分)　(3)sp2(1 分)　sp3(1 分)　(4)六溴苯的范德华力比六氯苯的强(2 分)　苯 六酸含多个羧基,与水形成分子间氢键,易溶于水(2 分)　(5) 3 2 a(2 分)　 288 × 1030 푎3푁A (3 分) 【解析】　(1)处于较高能级上的电子,容易失去,a、b 所表示的 Nb 微粒失去 1 个电子所需能量较小;c、d、e 表示的 Nb 微 粒分别失去 1 个电子,要克服第二、三、四电离能,故克服第四电离能所需能量最高,e 符合题意。(2)(ClCH CH)2AsCl 中 As- 14 - 原子周围存在 1 对孤电子对和 3 个成键电子对,故 As 原子与 2 个 C 原子、1 个 Cl 原子形成的 VSEPR 模型为四面体形,形 成的空间构型为三角锥形。(4)二者的分子组成与结构相似,六溴苯的相对分子质量比六氯苯的大,故范德华力比六氯苯的强, 熔点比六氯苯的高。1 个苯六酸分子中含 6 个羧基,羧基与水之间可以形成氢键,故苯六酸易溶于水。(5)O 原子之间最短的距 离为体对角线长度的一半,该距离为 3 2 apm。由晶胞图可知,该晶胞中 O 原子数为 8× 1 8+1=2,Cu 原子数为 4,故晶胞质量 m= 16 × 2 + 64 × 4 푁A g= 288 푁A g,晶胞体积 V=a3×10-30cm3,则该晶体密度 ρ= 푚 푉= 288 푎3 × 10-30 × 푁A g·cm-3= 288 × 1030 푎3푁A g·cm-3。